Natuurkundigen verleggen de grenzen van microscopen

Sinds Antony van Leeuwenhoek eind 17e eeuw de wereld van bacteriën door de microscoop ontdekte, hebben mensen geprobeerd dieper in de wereld van het oneindig kleine te kijken.

Er zijn echter fysieke grenzen aan hoe nauwkeurig het lichaam kan worden onderzocht met behulp van traditionele visuele methoden. Dit staat bekend als de diffractielimiet en wordt bepaald door het feit dat licht als een golf verschijnt. Dit betekent dat het gefocuste beeld niet kleiner kan zijn dan de helft van de golflengte van het licht dat wordt gebruikt om een ​​object waar te nemen.

Pogingen om deze grens te doorbreken met “superlenzen” zijn allemaal op de obstakels van ernstig gezichtsverlies gestuit, waardoor de lenzen ondoorzichtig worden. Nu hebben natuurkundigen van de Universiteit van Sydney een nieuwe manier gedemonstreerd om superlensing te bereiken met minimale verliezen, waarbij de diffractielimiet met een factor van bijna vier keer wordt overschreden. De sleutel tot hun succes was het volledig verwijderen van de superlens.

Het onderzoek is gepubliceerd in Natuurcommunicatie.

De onderzoekers zeggen dat dit werk wetenschappers in staat moet stellen de superresolutiemicroscopie verder te verbeteren. Dit zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van beeldvorming op uiteenlopende gebieden, zoals de diagnose van kanker, medische beeldvorming of archeologie en forensisch onderzoek.

Hoofdauteur van het onderzoek, dr. Alessandro Toñez van de School of Physics and Nano Institute van de Universiteit van Sydney, zei: “We hebben nu een praktische manier ontwikkeld om superlensing te implementeren, zonder superlensing. Om dit te doen, plaatsen we onze optische sonde verder weg van het object en verzamel informatie met zowel hoge als lage resolutie.” “Door op grote afstand te meten, interfereert de sonde niet met de gegevens met hoge resolutie, wat wel een kenmerk is van eerdere methoden.”

Eerdere pogingen hebben geprobeerd superieure lenzen te creëren met behulp van nieuwe materialen. De meeste materialen absorberen echter zoveel licht dat een superlens handig is.

“We hebben dit overwonnen door het hyperlensingproces uit te voeren als een nabewerkingsstap op de computer, na de meting zelf”, zegt Dr. Tönnies. “Dit levert een ‘waar’ beeld van het object op door selectief de verdwijnende (of vluchtige) beelden te versterken. licht.” golven.”

Co-auteur professor Boris Kuhlme, ook van de School of Physics en Sydney Nano, zei: “Onze methode zou kunnen worden toegepast om het vochtgehalte van bladeren nauwkeuriger te bepalen, of nuttig kunnen zijn bij geavanceerde microfabricagetechnieken, zoals niet-destructieve beoordeling.” van de integriteit van microchips. “Deze methode kan worden gebruikt om verborgen lagen in kunstwerken bloot te leggen, en kan nuttig zijn bij het opsporen van artistieke vervalsingen of verborgen werken.”

Bij superlensing-pogingen is doorgaans gezocht naar nauwe toegang tot informatie met een hoge resolutie. Dit komt omdat deze bruikbare gegevens dramatisch verslechteren met de afstand, en snel worden overweldigd door gegevens met een lagere resolutie, die niet erg snel vergaan. Als u de sonde echter te dicht bij een object plaatst, wordt het beeld vervormd.

“Door onze sonde verder weg te plaatsen, kunnen we de integriteit van de informatie met hoge resolutie behouden en post-observatietechnologie gebruiken om de gegevens met lage resolutie eruit te filteren”, zei universitair hoofddocent Kolme.

Het onderzoek werd uitgevoerd met terahertz-licht op millimetergolflengte, in het gebied van het spectrum tussen zichtbaar licht en microgolfstraling.

“Dit is een zeer moeilijke bandbreedte om mee te werken, maar het is erg interessant, omdat we in dit bereik belangrijke informatie kunnen verkrijgen over biologische monsters, zoals de eiwitstructuur, de hydratatiedynamiek of voor gebruik bij kankerbeeldvorming”, zei universitair hoofddocent Kolme. . “.

“Deze technologie is een eerste stap in het mogelijk maken van beelden met een hoge resolutie terwijl je op een veilige afstand van het object blijft zonder te vervormen wat je ziet”, zegt Dr. Tonnies. “Onze technologie kan in andere frequentiebereiken worden gebruikt. We verwachten van iedereen die hoge prestaties levert optische microscopie met hoge resolutie zal deze technologie interessant vinden.”